книги из ГПНТБ / Мухин Е.Я. Кристаллизация стекол и методы ее предупреждения

Цель настоящей книги—дать технологам и исследовате­ лям, работающим в области производства! стекла, руководя­ щий и учебный материал -по вопросу кристаллизации стекол.

Кроме изложения общих физико-химических основ кристал­ лизации стекол, показана связь кристаллизационной способно­ сти с диаграммой физико-химического равновесия и даны ме­ тоды определения кристаллизационной способности стекол и состава кристаллических фаз.

Главное внимание уделено способам предупреждения кри­ сталлизации оптических стекол, однако эти способы могут быть использованы и при борьбе с кристаллизацией других стекол.

Редактор кавд. техн, наук Р. С. Ильин

Зав. редакцией инж. А. С. Займовская

ПРЕДИСЛОВИЕ

Интенсивно! развивающееся народное хозяйство требует от сте­ кольной промышленности разработки новых сортов стекол с новыми и часто очень сложными физико-химическими свойствами: оптиче­

скими, электрическими, механическими и др. При осуществлении новых прогрессивных приемов варки и выработки стекла иногда воз­ никают значительные трудности, обусловленные кристаллизацией стекла.

Чтобы избежать этих трудностей, обойти их и научиться изгото­

влять требуемые стекла в производственных масштабах или по но­ вому технологическому процессу, необходимо тщательное изучение явления кристаллизации стекла, исследование образующихся кри­ сталлических фаз, изучение скорости их образования и т. п. Особенно остро стоят эти вопросы при производстве многих сортов оптических стекол, стекол для электровакуумной, химической и других отраслей

промышленности.

При производстве некоторых сортов стекол иногда возникает и обратная задача — вызвать в стекле в большей или меньшей сте­ пени явление кристаллизации, получить зарухшее, закристаллизован­

ное стекло. Умение управлять кристаллизацией стекла — большое

исложное искусство в стеклотехнике.

Вкниге Е. Я. Мухина и Н. Г. Туткиной всесторонне и достаточно обстоятельно освещаются вопросы кристаллизации стекол, преиму­ щественно оптических. Авторы описывают методы изучения кристал­ лизации стекол, исследования выделяющихся кристаллических фаз,

излагают способы борьбы с кристаллизацией стекол. Дается опи­ сание новых разработанных авторами усовершенствованных мето­ дов исследования кристаллизационной способности стекол. Книга со­

держит большое количество оригинального, собранного или получен­ ного авторами материала как в области разработки методики исследования кристаллизации стекла, так и по конкретным вопросам технологии изготовления стекла, касающимся расстекловывания.

Книга представляет большой интерес не только для специали­ стов, работающих в области оптического стекловарения, но и для специалистов, занятых в других областях стекольной промышлен­

ности.

К. Евстропьев

3

Глава I

ВВЕДЕНИЕ

При производстве и термической обработке стекол нередко на­ блюдаются случаи расстекловывания. Возникновение в стекле кри­ сталлических образований часто является причиной брака. Иногда брак достигает таких размеров, что наносит большой ущерб произ­ водству. Так, например, известны случаи, когда кристаллизацию, начавшуюся в ванной печи, не удавалось приостановить никакими способами и приходилось полностью освобождать печь от «заражен­ ного» кристаллами стекла. Большие неприятности причиняет кри­

сталлизация при механизированной выработке, особенно при вытя­ гивании оконного и дротового стекла.

Вопросу уменьшения кристаллизации стекол посвящено много работ. Но несмотря на целый ряд достижений в этой области, до сих пар расстекловывание наносит большой вред производству.

В работе «Камни и свили в стекле» М. А. Безбородов 1 приводит ряд примеров кристаллизации промышленных стекол. Автор пишет, что нередко приходится наблюдать поверхностную кристаллизацию

кристобалита в оконных и бутылочных стеклах инагда почти нераз­ личимую невооруженным глазом. Но! бывают случаи, когда кристал­ лики заполняют сплошь целые участки в виде мутных и шероховатых пятен. Кроме поверхностной кристаллизации, наблюдается появле­ ние кристаллических образований в толще стекломассы. Расстекло­ вывание начинается в отдельных точках стекломассы и дает либо

отдельные сферолиты, либо прорастание всей массы стекла кристал­ лами. Последнее явление наблюдается в условиях остановки ванны и медленного ее остывания. Наиболее благоприятные условия для кристаллизации создаются в тех местах, где стекло застаивается, т. е. в так называемых «мертвых» углах ванны 12.

При производстве оптического стекла случаи кристаллизации на­ блюдались особенно часто, так как необходимость получения стекла с определенными оптическими константами в значительной степени затрудняла возможность изменения его состава для понижения кри­

и керамика», 1949, № 8.

5

ность оптических стекол, обычно относящихся к неизученным поли-

компонентным системам, не позволяли использовать те же приемы борьбы с расстекловыванием, которые, например, были применены к натриевоизвестковым стеклам, относящимся к трех- и четырехком­ понентным системам, в настоящее время достаточно изученным. И, наконец, технология получения оптического стекла путем медлен­

ной студки его в горшке создавала более подходящие условия для

кристаллизации, чем выработка стекол.

Как известно, при изготовлении оптических стекол применяются дорогостоящие чистые материалы, поэтому кристаллизация таких стекол приносит значительный материальный ущерб.

Особое значение приобретает борьба с кристаллизацией при раз­ работке рецептуры новых стекол, так как часто главным затрудне­ нием является не подбор составов, обеспечивающих нужные эксплу­ атационные свойства стекол, а высокая кристаллизационная способ­

ность, делающая невозможным получение стекла без кристалличе­ ских образований.

Кристаллизация оптического стекла может наблюдаться на раз­ личных этапах производства. В процессе осветления она встречается исключительно редко, иногда наступает при выработке стекла, одна­ ко чаще всего возникает в процессе студки его в горшке.

При исключительно высокой кристаллизационной способности

вместо стекла может образоваться фарфоровидная или зернистая масса. Но значительно чаще кристаллические образования, отчетливо заметные в стекле невооруженным глазом, группируются в виде от­ дельных потоков или относительно равномерно распределяются по всему стеклу (фиг. 1—7). В более редких случаях наблюдается по­ явление мелких кристаллов, которые могут быть обнаружены только

случае она обычно возникает на его поверхности в виде кристалли­

ческих пленок, пятен или полос.

В процессе отжига кристаллизация оптических стекол происходит очень редко.

Итак, вопросы кристаллизации стекол имеют очень большое зна­ чение в практическом стекловарении. Изучение процесса кристалли­ зации необходимо для правильного выбора режимов варки, выработ­ ки и термической обработки стекла, позволяющих избежать появле­ ния брака. Здание общих закономерностей, управляющих процессом кристаллизации, дает возможность рационально изменять существу­ ющие составы стекол для понижения кристаллизационной способно­ сти, а также разрабатывать новые составы, обладающие малой склон­ ностью к кристаллизации.

Для правильного понимания процессов кристаллизации стекол следует иметь представление о природе кристаллического и стекло­ образного состояний, и поэтому считаем необходимым, хотя бы в об­ щих чертах, остановиться на этих вопросах.

6

Все твердые (с механической точки зрения) вещества, встречаю­ щиеся в природе, либо имеют кристаллическую структуру, либо нахо­ дятся в стеклообразном состоя-

рым избыточным запасом внутренней энергии, вследствие чего самопроизвольно может происходить только процесс кристаллиза­

ции стекол, сопровождающийся выделением тепла. Однако если

расплавить кристаллическое вещество и резко охладить расплав, то он нередко (при условии быстро нарастающей вязкости) затверде­

вает в виде стекла. У различных веществ способность к такому переохлаждению выражена различно. Особенно сильно она про­ является у силикатных, фосфатных,

боратных и др. расплавов. Раньше считалось, что явление переохлаж­ дения не свойственно металлам, но

8